.

P

UNIVERSITI SAMS MALAYSIA

Peperiksaan Semester KeduaSidang Akademik 2000/2001

FebruariMac 200 1

KIT 252 - Operasi Unit I

Masa: 3 Jam

Sila pastikan bahawa kertas peperiksaan ini mengandungi EMPAT BELAS muka suratyang bercetak sebelum anda memulakan peperiksaan ini.

Jawab LIMA soalan.J ika calon menjawab lebih daripada l ima soalan hanya lima soalanpertama mengikut susunan dalarn skrip jawapan akan diberi markah.

Jadual tambahan dilampirkan.

1. (4 Persamaan imbangan tenaga suatu sistem terbuka pada keadaan mantapadalah

AH + A& + AE,= Q + Wa

Bagi setiap kes berikut tuliskan bentuk yang sesuai serta nyatakan jikaberkenaan samada rangkap haba dan kerja syaf bernilai positif (masuk ke s&m)atau negatif (keluar dari s&em).

(9 Stim memasuki turbin dan memutar suatu syafyang disambungkankepada suatu generator. Ants stim masuk dan keluar berada padaparas yang sama. Sebahagian tenaga hilang kesekitaran sebagaihaba.

(ii) Suatu arus cecair dipanaskan dari 25 C ke 80 C. Paip masuk dartkeluar mempunyai jejari yang sama dan berada pada titik parasyang sama.

. ../2-

(KIT 2521

-2-

(iii) Air melalui suatu pintu kawalan (sluice gate) suatu ampangan danjatuh di atas rotor yang memutar syaf yang disambungkan kegenerator. Halaju arus air mat:& melalui pintu dan keluar dariampangan adalah hampir sama (boleh diabaikan perbezaannya),dan tiada berlaku perubahan suhu dan tekanan yang nyata antaraarus masuk dan keluar.

(iv) Minyak mentah dipam melalui suatu saluran-paip (pipeline) daritimor ke Barat Semenanjung Malaysia. Paip masuk berada padaparas 200m lebih tinggi dari paip keluar, jejari paip adalahsama, dan pam terletak kira-kira pada tengah saluran-paip. Hababerpunca dari geseran dalam paip hilang melalui dindingnya.

(9 Suatu tindak balas kimia yang berlaku dalam reaktor secaraberterusan pada keadaan mantap. Perubahan tenaga kinetik dankeupayaan antara arus masuk dan keluar tidak ketara.

(10 markah)

Air dimasukkan ke dalam dangdang (boiler) pada 30 C dan 15 bar danditukarkan kepada stim tepu. Gunakan jadual stim bagi menentukanAh&J/kg) bagi proses ini. Setei-u&ya, kiralah haba input yang diperlukanbagi menjanakan stim yang keluar pada kadar 15,000 m3/j stim padakeadaan mantap. Anggapkan bahawa tenaga kinetik air yang masuk bolehdiabaikan mar&ala stim keluar melalui paip berjejari dalaman 20 cm.

(10markah)

Suatu arus wap air pada kadar 250 moLj disejukkan dari 700 C ke 100 Cpada tekanan tetap 1 atmosfera dan berada pada keadaan mantap. Kiralahkadar penyejukan dalam unit kW dengan menggunakan setiap caraberikut:

(9 Menggunakan jadual stim(ii) Menggunakan data daripada jadual muatan haba integral(iii) Menggt&can data daripada jadual muatan haba min

(jadual berkenaan disedialcan)

(10 markah). ../3-

[KIT 2521

-3-

(b) Airf,laut yang mengandungi 3.8% berat garam melalui suatu siri enam unitpenyejat. Pada keadaan mantap, setiap unit penyejat akan menyejatkuantiiti air yang sama. Kesemua wap air ini akan dikondenskan dandikumpulkan sebagai arus hasil air tulen. Larutan garam yang keluardaripada unit penyejat terakhir (keenam) mengandungi 5.5% berat garam.Jika 40,000 kg/jam air laut dimasukkan ke dalam proses di atas, kiralahjumlah air tulen dihasilkan selepas penyejat ketiga dan peratus berat garamdalam arus larutan garam keluar dari penyejat ketiga ini.

(10 markah)

3 . (4 Jawab salah (S) atau betul (T) bagi setiap penyataan berikut:

(0 Jika tindak balas kimia berlaku, jisim jumlah arus masuk danjisim jumlah arus keluar sistem pada keadaan mantap adalah sama.

(ii) Bilangan mol suatu sebatian yang memasuki suatu prosesmelibatkan tindak balas kimiapada keadaan mantap tidak akansama dengan bilangan molnya yang keluar dari sistem jikasebatian ini turut terlibat dalam tindak balas.

(iii) Keluasan tindak balas 5 didarabkan dengan pekali stoikiometrikadalah sama dengan pertukaran.

(6 markah)

@I Sebatian akrilonitril disediakan melalui tindak balas antara .propilena, ammonia, dan oksigen

C31+, + NH3 + 3/2 O2 + C3H3N + 3 Hz0

Suapan ke dalam reaktor mengandungi 10% mol propilena,l2% molammonia, dan 78% mol udara. Pertukaran sebanyak 30% merujukkepada reaktan penghad dicapai bagi proses ini pada keadaan mantap.Tentukan reaktan pet&ad, dan peratus lebihan bagi setiap reaktan yanglainnya, dan kadar alir molar setiap komponen dalarn arus produk padapertukaran sebanyak 30% merujuk kepada reaktan penghad. Gunakanasas 100 mohj. Udara mengandungi 21% oksigen dan 79% nitrogen.

I .

(14 markah)

..A-

4. (a)

.--4-WIT 2521

Dua batang paip A dan B masing-masing berd$neter 0.4 m dan 1.0 mdisambungkan seperti ditunjukkan di bawah. 1 ;ir dialirkan pada halaju1 ms . Terbitkan persamaan kehilangan tenaga dalam bentuk h (m air)apabila aliran dari posisi 1 ke posisi 2 mengalami pengembanganmengejut.

BIt

A6I4I

Kirakan:

(a) halaju pada posisi 2, u2

(b) koefisen kehilangan, k(c) kehilangan tenaga aliran h (m air)

( 12 markah)

04 (9 Buktikan bahawa tekanan satu titik dalam bendahr statik(berkeadaan seimbang) adalah sama dalam semua arah.

(4 markah)

(ii) Satu tong berdiameter 1 m dan ketinggian 1 m diisi dengan minyak(Pm = 0.9 kg m) dan diputar pada kelajuan 900 rpm. Putaran inimembuatkan ketebalan sekata. minyak pada dinding tong iaitu10 cm. Kirakan perbezaan tekanan lapisan luar dan dalam minyak.

(4 markah)

. ../5-

[KIT 2521

-5-

5. (a>: i

Lakarkan satu iiub pitot-statik. Dengan melabelkan lakaran anda,terbitkansatu persamaan untuk halaju alir.

(6 markah)

Air dialirkan pada kelajuan 30 m s- melalui sebatang paip berdiameter20 cm. Pada suatu bahagian paip, ahran terpaksa merentasi satu dindingberlubang. Lubang ini berjejari 2.5 cm., Terbitkan persamaan untukperbezaan tekanan air sebelum dan sejurus selepas melepasi lubang itu.Kirakan nilai perbezaan tekanan tersebut

(14 markah)

6. Go Sebuah corong (separa kon) berketinggian 30 cm dan mempunyaidiameter dasar 20 cm dan diameter atasnya 10 cm. Corong ini diletakkansupaya paksinya condong 45 dari satah rujukan. Air dialirkan dari arahdasar ke bahagian atas kon pada kelajuan 25 m s-l. Kirakan kelajuan airpada bahagian tengah dan hujung kon.

(6 markah)

-.;.

,_ _

. --h

W Satu manometer tiub-U berisi raksa dipasang pada corong tersebut di atas.Kaki-kaki tiub-U dihubungkan kepada corong pada ketinggian paksicorong 10 cm dan 20 cm masing-masing dari dasar corong. Kedudukancorong tidak berubah.

(9 Terbitkan satu persamaan dalam bentuk perbezaan tekananP(lO an) - PQO cm) untuk corong di atas.

(ii) Jika pusat dasar corong berada 1 m dari satah rujukan dan didapatiperbezaan ketinggian raksa adalah 10 cm, kirakan nilaiP(l0 cm) - P(20 cm) -

(iii) Apakah kebaikan memasang manometer tiub-U pada corong diatas? . .

(14 markah)

. ../6- --

.

lraT 2521

-6-

Sila teliti rajah di bawah. Satu pm digunakan untuk memindahh? air dari tangki1 ke tangki 2 pada kadar 1 m3 s-l.pam tersebut.

Kimkan keja W, yang periu dilakukan oleh

RAJAH dan DATA nntuk Soalan 7. j.

12 m

.

Injap Pam Injap

2 m

t-l-.

ZQ

t-

,--i

TANGKI

Data-data Relevan;

Paip Discas: diameter 40 mm, panjang 24 m, buatan keluli (c/d = 0.001)

Paip Sedutan: diameter 60 mm, panjang 10 m, buatan keluli (&i = 0.0008)

Nilai K bagi setiap sesiku 90 ialah 0.9

Nilai K bagi setiap injap ialah 0.2

Keiikatan dinamik ai& idah 1.49 x 10 N s mm2

-ooooooo-

-3

. . . /7-

),.I. ,,,

:.,,:,,,:i ; 4 L,!

,:,,., ,.i~.,::~* :

,.; :[;;.. ::,

, .

-7-

r Y- -aacwtlu I--- r ii 1 m---1*.- f*..L..lrrrr 4 am0 I

. Lam&FRlCTlON FACTORS I

FOR ANY KINOOR SIZE OF PlPE I

Curves far RelrtIvr Roughntss

r/d born O.OOOOOl to 0.050

(f t site ot suriace imfkfecrians in m1(d= aclual inside diameter in ml

.1,, .L

(KIT 252)

1

678 W 1 . 5 2 3 4 5 6t8W 1 . 5 2 3 4 5 678\0 1.5 2 3 456781Q'

REYNOLDS NUMBER

ffricfion fecrots for pipe flow by t. Moody, Transactions of fhe AWE, Vol. 66, No, 8. Nov. 1944)

,

(KIT 252)

0.000

t

i ! 1Complete Turbulence c

0 . 0 7 0 taminrr 0.050 - r/d

0.040

Q.100

0.0900.080

D.O?O

0.060

0.050

0.010

0.0090.006

0.007

0.0100.009

0.0080.007I 1 I Illlll I , t 1 IU,I

e78 101.5 2 3 4 5678101.5 2 3 4 567810 1.5 2 3 45878101

0.040

FRlCTiON FACTORS IFOR ANY KINDOR SIZE OF PIPE1

Cuwr !or Rctativa Roughness

e/d from 0.00000t to 0.050

(6 = size ot surface iqkieclions in mlId= actual inside diameter in ml

1.030

. I

0.025

0.026

0 . 0 1 5

REVNAt nC NI IMRC t

IFricfion tucton /or pipe flow by 1. Moody, Transactions of fhe ASME. Vol. 66. No. 8. Nov. 194.4)

~~~~1jj-l. Mean Molar Hed Capacities of Gases Between 298 and TK (25 and FC).: ~ ;r

. -,:. . . _ at I01321 kPa dr Less (SI Units: cp = kllkg mol - K) :. . c .Z

./sLm: =;p3 ,&I~ . . 2899 . . W-19 .i .,=4 - 2929 -. . . . .: - w.66...:,33.8s i

473 . __ -zoo 29.13 2929 W38 W-40. . . --- +.a:. - $573 . .._... 33;:: .4-q .:;; . ..X.07 3424 40.62 qg3 -4~

.I-. : .Y...G.j73~~~~l.~-: !..;.. 29.18 1 .;;W.46 I-;- 29.60 1 Wbl-y-.:.573 >@g?!.::.:.: 2923 -:w9.@ -* 2968 - 29%

:3OS3+~.;34~9 c;,., eU2 ,43-l _

-lO- (KIT